Řízení motorů, PWM, EMF, BEMF, ...

[radeksindy]

Tak ještě jednou a jinak. Chci říct, že toto tvoje tvrzení ...

Vysvětlení v oblasti fyziky je poměrně jednoduché, protože vzorkování BEMF má vpodstatě za následek „modulaci“ PWM signálu (např.20kHz) kmitočtem desítky až stovky Hz, tedy ve slyšitelném pásmu, jak jsem jiź psal...

... je nesmysl. Při spínání měření BEMF spínám A/D převodník v procesoru a jeho spínání se nikde nic nemůže namodulovat! Měření se děje na konci PWM periody, kdy je napájení můstku už vypnuté , pouze při vysokých rychlostech a duty cycle přes 80% si už musím poradit jinak. Problém je v tom, že algoritmus adaptivního nastavování vzorkovací frekvence a doby měření nemusí být vždy stabilní. Pak může začít řízení motoru cvičit s motorem tak, že začne vydávat nepříjemné zvuky. Proto není potřeba vypínat BEMF, ale pouze vypnout adaptivní verzi.

Jinak doporučuji více praktických zkoušek s BEMF (v dobrém), popř. projít si i asembler nějakého dekodéru, který má BEMF.

Děkuji za dobrou radu, ale řekl bych, že jsem jich nejen pár prošel, ale i napsal a dokonce navrhl i zmíněné algoritmy Žádný tedy neřídil motorek v mašince, to je pravda.

[Jirka_US]

... je nesmysl. Při spínání měření BEMF spínám A/D převodník v procesoru a jeho spínání se nikde nic nemůže namodulovat! Měření se děje na konci PWM periody, kdy je napájení můstku už vypnuté , pouze při vysokých rychlostech a duty cycle přes 80% si už musím poradit jinak. Problém je v tom, že algoritmus adaptivního nastavování vzorkovací frekvence a doby měření nemusí být vždy stabilní. Pak může začít řízení motoru cvičit s motorem tak, že začne vydávat nepříjemné zvuky. Proto není potřeba vypínat BEMF, ale pouze vypnout adaptivní verzi.

Ten nechtěný zvuk se můźe vyskytovat v celém rozsahy rychlostních stupňů a nemá nic společného s duty cyclem. Navíc s duty cyclem 80% a vice snad kromě malých dětí na “vlakodromu” žádný modelář ani nejezdí, takže pravděpodobnost,tohoto jevu je celkem malá.
Navíc obecně pokud nějaké elektrické zapojení vykazuje “nestabilitu” v předpokládaných pracovních podmínkách tak je asi něco špatně a není to normální stav.
Ad. Modulace.
Pokud si vezmeme jednoduchý obvod, který je tvořen zdrojem periodického signálu (např. PWM), LED diodou (s rezistorem) a obyčejným vypínaćem s tím, že duty cycle tohoto zdroje ovlivňuje jas LED diody a vypínač (zapnuto-vypnuto) ovlivňuje periodu „blikání“ (perioda blikání musí být pochopitelně několikanásobně větśí než perioda PWM signálu), tak máme principiální zapojení jak funguje modulace.
No a pokud si dovolím malou technickou analogii, tedy LED diodu zaměním za motor (duty cycle PWM zdroje ovlivňuje rychlost motoru), vypínač za výstupní můstek dekodéru, který zapíná a vypíná motor pro potřeby měření BEMF, tak toto „blikání“ se může projevit „nechtěným zvukem“...

Takže bych doporučil před tím než označím nějaký přispěvek za nesmysl, si alespoň zopakovat základy elektrotechniky v dané oblasti, já to ve svém věku dělám také....

[miroslav lengyel]

Takže jak jsem slíbil,tak jsem učinil.Nechal jsem tohle vlákno zamknout.Míra

[radeksindy]

který zapíná a vypíná motor pro potřeby měření BEMF

Pro potřeby měření se, ale motor NEVYPÍNÁ, protože on v části periody PWM vypnutý JE. A pokud by náhodou bylo málo času, tak se tato doba prodlouží. A v době kdy je m§stek vypnutý se spustí A/D převodník, nic víc v tom opravdu není.

[Jirka_US]

Pro potřeby měření se, ale motor NEVYPÍNÁ, protože on v části periody PWM vypnutý JE. A pokud by náhodou bylo málo času, tak se tato doba prodlouží. A v době kdy je m§stek vypnutý se spustí A/D převodník, nic víc v tom opravdu není.

To je bohužel, ale nesprávný předpoklad a současné DCC dekodéry tuto metodu již nepoužívají, proto jsem doporučoval v dobrém si osvěžit některá fakta z oblasti BEMF a základů elektrotechniky, vývoj jde kupředu i zde...., stačí si prohlédnout oscilogram průběhu s BEMF a bez BEMF. Pokud to udělá někomu radost (nikdo není dokonalý), tak tohoto omylu jsem se dopustil na začátku DCC také...člověk se ućí celý život. Tento omyl je mezi modeláři poměrně rošířený a to i u těch, kteří běžně "PICe programují". Ale od tohoto je tu fórum.
Současné dekodéry skutečně motor vypnou na několik milisekund (vždyť je to napsáno i v tom Zimo manuálu, proč je to opět zpochybňováno ???) a během tohoto "okna" probíhá měření. Mimo jiné jedním z důvodů je právě problém jak měřit BEMF při vysokých duty cyclech respektive jak to udělat při 100% duty cyclu.
Kromě toho tato metoda má za následek ztrátu výkonu (opět je to jasně napsáno v Zimo manuálu), protože logicky během vypnutí motoru se nepřenáśí žádná energie. Laicky to lze prokázat poměrně jednoduchým pokusem (ideálně pomocí POM), staćí si změřit rychlost lokomotivy se zapnutým BEMF a bez BEMF a člověk zjistí, že bez BEMF loko jede podstatně rychleji (předpoklad je samozřejmě stejný rychlostní stupeň).....

[Jirka_US]

to miroslav lengyel:
Abychom to nějak rozumně ukončili, tak bych si dovolil opravit toto tvrzení:

radeksindy píše:
Lepší je pořizovat ESU, ZIMO nebo podobné protože mají možnost přepínat frekvenci řízení mezi 20kHz a 40kHz. .......

s tím, že i Uhlenbrock nabízí zvukový dekodér, kde lze měnit kmitočet PWM (CV56 u Uhlenrbocku). Ale pro samotnou regulaci motoru mají větší význam CV, které souvisí s periodou BEMF (CV53 u Uhlenbrocku), měřícím "oknem" BEMF (CV58 u Uhlenrbocku) a PID (CV 54,55,57 u Uhlenbrocku). Motory Maxon, Faulhaber teď neuvažuji ikdyź Uhlenbrock má dekodéry i pro tuto kategorii.
Takže nakonec bude spíśe záleźet na kvalitě zvuku vs. cena.

[miroslav lengyel]

Všechny dekodéry Uhlenbrock lze použít pro motory Maxon a Falhauber a to bez vyjímky.Co se týče jednotlivých CV,tak tam je to asi takto.MiniSound dekodéry 0,7/1,5 A mají dostupná CV 53,58 a pro PID v CV 54 řekněme jednodušší nastavení,zatímco Sound dekodéry 1,2/2,0 A mají preciznějí nastavení PID přes CV 54,55,56,57.Zřejmě to má co do činění s proudem,který dokáží jednotlivé dekodéry vygenerovat.Čím vyšší proud,tím více je nutné nebo žádoucí sofistikovanější regulace.Jiné vysvětlení jako naprostý laik nevidím.

[radeksindy]

ad Jirka
s tím, že i Uhlenbrock nabízí zvukový dekodér, kde lze měnit kmitočet PWM (CV56 u Uhlenrbocku). Ale pro samotnou regulaci motoru mají větší význam CV, které souvisí s periodou BEMF (CV53 u Uhlenbrocku), měřícím "oknem" BEMF (CV58 u Uhlenrbocku) a PID (CV 54,55,57 u Uhlenbrocku). Motory Maxon, Faulhaber teď neuvažuji ikdyź Uhlenbrock má dekodéry i pro tuto kategorii.

Nesmíš se nechat zmást anglickými názvy dekodéru, všechny (existuje snad jedna dostupná vyjímka) mají PWM 18,5kHz a jak píše Mirek, mohou být použity pro motory Faulhaber a Maxon. Proč je to u některých uvedeno i v anglickém názvu a u jiných to není, to asi nevědí asi ani u Uhlenbrocku. V manuálech je to ovšem správně a v německém seznamu výrobků už takové dělení vůbec není. Ani CV56 není změna PWM. V angličtině je uvedeno 'Regualtion Frequency" tedy "Regulační frekvence" (ne PWM), ale ta se ve skutečnosti skrývá v CV53 pod pojmemem "Regulation repetition rate". Anglický název CV56 je v některých manuálech omyl, protože je tam ve skutečnosti je CV s referencí pro regulaci (něm. "Regel Referenz"). S PWM nehne u Uhlenbrocku nic.

Ale jinak mám radost, protože z předposledního příspěvku vidím, že naše poslední diskuze na téma PWM vedla k cíli a už chápeš víš jak funguje PWM v dekodérech. Tak zkusíme posunout i chápání BEMF.

proto jsem doporučoval v dobrém si osvěžit některá fakta z oblasti BEMF a základů elektrotechniky, vývoj jde kupředu i zde

Kolegové z oddělení bezkontaktního řízení motorů děkují, že si toho někdo všiml

Současné dekodéry skutečně motor vypnou na několik milisekund (vždyť je to napsáno i v tom Zimo manuálu, proč je to opět zpochybňováno ???)

Nikdo to nezpochybňuje, vždyť jsem psal, že JE vypnutý. Ale to není tak, že by si algoritmus neprosto nezávisle přerušoval řízení motoru, ale je odvozen od jeho řízení. A protože doba měření BEMF A/D převodníkem zabere dobu delší než jednu periodu, tak se celý můstek při začátku nové periody NEZAPNE a vynechá 2-4 periody podle frekvence PWM. Spektrum takové signálu se zásadně od původního neliší (na přání naměřím nebo nasimuluji). Jinak pokles rychlosti s BEMF a bez BEMF není způsoben jen vynecháváním period pro měření, ale také referenčním napětím.

[radeksindy]

Zřejmě to má co do činění s proudem,který dokáží jednotlivé dekodéry vygenerovat.Čím vyšší proud,tím více je nutné nebo žádoucí sofistikovanější regulace.Jiné vysvětlení jako naprostý laik nevidím.

Regulace je stejná, záleží co si každý výrobce naimplementuje. Nekoukej jenom na proud, ale hlavně na rozměry dekodéru. Mini verze vyžadují menší součástky, což zřejmě odskáče i velikost dostupné paměti a výkonu procesoru. Při redukci funkcionality jdou takové CV první pryč. Samozřejmě to lze řešit i jinou volbou součástek, ale zadarmo to nebývá. A tady se musí obchodnící rozhodnout, jestli do toho půjdou. Třeba u ESU jsou micro verze až napočty Fn výstupů stejné jako jejich velké verze, ale cenový rozdíl je dost velký (cca +25%). Uhlenbrock má cenu skoro stejnou.

[Jirka_US]

to radeksindy:
ad Uhlenbrock
Ano máś pravdu, že CV56 je referenćní napětí, pokud budeme vycházet z německého manuálu. Anglický manuál popisuje něco jiného a nejen v seznamu CV.... Celkem logicky lze očekávat, že německá verze bude blíźe skutečnosti. Než jsem stačil dohledat rozsah změny PWM, přišel příspěvěk s opravou...Má poznámka o Maxonu neznamená nic jiného než to, že jsem nechtěl rozepisovat, který dekodér ano a který ne, respektive procházet všechny manuály.

ad BEMF:

tak se celý můstek při začátku nové periody NEZAPNE a vynechá 2-4 periody podle frekvence PWM

2-4 periody znamená 100-200 mikrosekund (při 20kHz), nicméně ve skutečnosti ta měřící “mezera” je řádově několik milisekund, tedy 10x a vice (slovy desetkrát a vice !), záleźí na příslušné hodnotě v CV, což už docela slušně “moduluje” kmitočet původní PWM (viz můj příklad z LEDkou…) a docela slušně změní spektrum a to tak, že je to možné i slyšet….
Znovu opakuji, že ten “nechtěný zvuk” je spíše jev vyjímečný !!!

Ale to není tak, že by si algoritmus neprosto nezávisle přerušoval řízení motoru, ale je odvozen od jeho řízení

Tak to je snad jasné, že to není náhodný proces...Teď ale přestávám rozumět tomu, proč jsi několikrát napsal u mých příspěvků, nesmyl......Já jsem hned na začátku zdůraznil, źe popisuji jen tu část, která se týká vlivu BEMF na tvar PWM signálu a rovněž jsem hned na začátku napsal, že těch algoritmů je několik. Takže debata je o výsledném tvaru signálu (napětí) na motoru, který uvidí kdokoliv, kdo má osciloskop, nikoliv o samotných algoritmech, které už tak jednoduše zkontrolovat nelze.

Spektrum takové signálu se zásadně od původního neliší (na přání naměřím nebo nasimuluji)

Docela rozumný návrh, snad se dopracujeme k témuž závěru.

Jinak pokles rychlosti s BEMF a bez BEMF není způsoben jen vynecháváním period pro měření, ale také referenčním napětím.

Předpokládal jsem, že v obou případech je referenční napětí stejné, jinak to nemá smysl porovnát, vyzkoušeno s ZIMO.

[radeksindy]

nicméně ve skutečnosti ta měřící “mezera” je řádově několik milisekund, tedy 10x a vice (slovy desetkrát a vice !),

Vzhledem k tomu, že třeba ZIMO dosahuje vzorkovací frekvence 200Hz, tak při 5ms, že bude motor jen vypnutý. Uhlenbrock umí i 300Hz, takže mi něco říká, že to půjde rychleji Hodně záleží na konstrukci obvodu resp. rychlosti odeznění přechoďáku po vypnutí, ale za 500us to zvládají i studenti ve svých bakalářských pracech. A ti to baslí s výkonově stejnými motorky.

Budeš si muset vybrat tvrzení, protože toto...
což už docela slušně “moduluje” kmitočet původní PWM
...je v přímém rozporu se souhlasem o nezměněném spektru. Jestliže se něco někam namoduluje, tak se musí změnit spektrum.

Předpokládal jsem, že v obou případech je referenční napětí stejné, jinak to nemá smysl porovnát, vyzkoušeno s ZIMO.

Při jízdě bez regulace, žádná reference neexistuje. Do motoru se pere střída odpovídající nastavenému rychlostnímu kroku. Když začnu regulovat, tak potřebuju referenci a ta se udělá změřením a přepočítáním napětí z kolejí. A to nemusí dávat stejné výsledky jako bez regulace.

[Jirka_US]

Vzhledem k tomu, že třeba ZIMO dosahuje vzorkovací frekvence 200Hz, tak při 5ms, že bude motor jen vypnutý. Uhlenbrock umí i 300Hz, takže mi něco říká, že to půjde rychleji Hodně záleží na konstrukci obvodu resp. rychlosti odeznění přechoďáku po vypnutí, ale za 500us to zvládají i studenti ve svých bakalářských pracech. A ti to baslí s výkonově stejnými motorky.

Bavíme se ale o dělce "okna" (motor je odpojen a generuje BEMF). které je určené k měření BEMF (CVxx), nikoliv o periodě vzorkování (CVyy). Celkem jsou obvykle 2 CV. Jedno které umožňuje měnit délku toho měřícího okna a druhé vzorkovací periodu. A už vůbec se nebavím za jakou dobu je schopen odečíst nějakou hodnotu A/D převodník. Obecně já se bavím zejména o tom co může uživatel dekodéru ovlivnit, má to vliv na regulaci motoru a může si to snadno ověřit na osciloskopu.
Tedy ještě jednou,ta perioda měřícího okna BEMF rozhodně není 2-4 periody (100-200 mikrosekund při 20kHz), ale několik milisekund, protože jen samotný přechodový děj trvá ca. několik stovek mikrosekund....

...je v přímém rozporu se souhlasem o nezměněném spektru

nějak si nepamatuji, že bych s něčím takovým souhlasil....

ad. referenční napětí.
Vpodstatě souhlas, ale tady bych asi něpokračoval v diskuzi, alespoň pro zatím...
Zůstal bych pouze u BEMF diskuze ikdyź jsem měl zato, źe příklad s LED je poměrně ilustrativní...

[zdeno]

trosku z jineho soudku
je docela problem detekovat obsazeni dekoderem, ktery pouziva EMF. Teda presne indikovat prazdnou kolej, protoze EMF casy jsou opravdu ruzne dlouhe, podle mych mereni od 400uS az po 8mS. To je dost velky rozptyl na to, aby se dala kolej vyhlasit za prazdnou a pritom neni. Navic, v case EMF je dost potlacen odber vlastniho dekoderu, protoze motorek vyrabi energii a nejak zvracene to muze byt i naprosto nulove. Teda dekoder vubec nic nepapka.
---
Detekce obsazeni teda musi testovat casovy usek dlouhy minimalne 50mS, aby byla jistota, ze kolej je opravdu prazdna.

[fulda]

trosku z jineho soudku
je docela problem detekovat obsazeni dekoderem, ktery pouziva EMF. Teda presne indikovat prazdnou kolej, protoze EMF casy jsou opravdu ruzne dlouhe, podle mych mereni od 400uS az po 8mS. To je dost velky rozptyl na to, aby se dala kolej vyhlasit za prazdnou a pritom neni. Navic, v case EMF je dost potlacen odber vlastniho dekoderu, protoze motorek vyrabi energii a nejak zvracene to muze byt i naprosto nulove. Teda dekoder vubec nic nepapka.
---
Detekce obsazeni teda musi testovat casovy usek dlouhy minimalne 50mS, aby byla jistota, ze kolej je opravdu prazdna.

Hmm, jsem překvapen, že používáš detektor, kterej nezareaguje na 20mA které spotřebuje procesor na prázdno?
Není to spíš o tom, že detekuješ jen v jedné půlvlně (půlčtverci)?

Mimochodem - nejsem si vědom, že by některý dekodér dokázal rekuperovat energii z motoru, ale hádat se nebudu, nemohu vyloučit, že se přez ochranné diody něco nevrátíí

A druhá věc - přece se doporučuje pro detekci používat R-S funkcionalitu - Set se provede při detekci obsazení a Reset při přečtení hodnoty do vyhodnocovacího systému. Jsem myslel, že to dělají i ty nejjednodušší KZH

[radeksindy]

Jirka:

Dostáváme se k cíli.

Bavíme se ale o dělce "okna" (motor je odpojen a generuje BEMF). které je určené k měření BEMF (CVxx), nikoliv o periodě vzorkování (CVyy). Celkem jsou obvykle 2 CV. Jedno které umožňuje měnit délku toho měřícího okna a druhé vzorkovací periodu

To samozřejmě ano, ale chtěl jsem říct, že součin nejrychlejší frekvence vzorkování (tj. 200Hz v případě ZIMO) a celkové doby měření musí být menší než jedna. Takže pokud by celý přechodový jev i s měřením zabral 5ms a více, tak nemůže ZIMO dekodér fungovat s 200Hz. Uhlenbrock umožňuje dokonce nastavit periodu vzorkování cca 3ms,tzn. že přechodový jev i s měřením musí být nutně kratší.

A už vůbec se nebavím za jakou dobu je schopen odečíst nějakou hodnotu A/D převodník.

Naopak, o tom se stojí zato bavit. Třeba často používané procesory ATMega, to zvládají za pár desítek mikrosekund (nejrychleji dosažitelný čas je asi 15us, záleží na krystalu a nastavení). Nové ATXMega udělají pár miliónů převodů na sekundu, takže to je fofr, který překračuje naše potřeby.

protože jen samotný přechodový děj trvá ca. několik stovek mikrosekund....

Souhlasím, takže teď už zbývá jen ujasnit, co to znamená "několik stovek". Konkrétní hodnota záleží na konstrukci motoru, měřícím obvodu, pracovním bodu atd. Naštěstí hraje fyzika s námi a s rostoucí rychlostí je ustálení rychlejší. Což nám vyhovuje, protože v tu chvíli máme nejméně času. Prvotní odhad časových konstant lze udělat z parametrů motoru - běžný faulhaber má indukčnost kolem 1-2mH, odpor 20-30Ohmu, takže se bavíme o časových konstantách kolem 10us. Tam je ustálení výrazně rychlejší a pár period stačí. S běžnými motory to je horší, ale ne řádově. 300, 400us, jsou běžné časy, tam bude opravdu potřeba period více. Ale několik milisekund je hodně, to by znamenalo ve vyšších rychlostech ztrátu výkonu nikoli v jednotkách, ale v desítkách procent (2ms při 50Hz je 10%, to předpokládám nikdo nepozoruje).